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Gruppenschaltgetriebe mit sperrsynchronisierten Schaltkupplungen Die
Erfindung bezieht sich auf Gruppenschaltgetriel->e mit sperrsynchronisierten Schaltkupplungen
und mindestens drei auf zwei parallelen Achsen angeordneten, ständig im Eingriff
befindlichen Stirnräderpaaren. Bei solchen Getrieben muß die Schaltbetätigungseinrichtung
zur Einschaltungeiner anderen L7bersetzungsstufe oft mehrere Schaltkupplungen gleichzeitig
in eine neue Lage umschalten. In diesen Fällen wirken die Synchronisiereinrichtungen
der verschiedenen Schaltkupplungen teilweise einander entgegen. So kann beispielsweise
die Synchronisiereinrichtung einer Schaltkupplung von der einen Seite in beschleunigendem
Sinn auf ein Zalinräderpaar einwirken, während von der anderen Seite die Synchronisiereinrichtung
einer anderen Schaltkupplung (las gleiche Zahnräderpaar zu verzögern sucht. Dies
hat eine unerwünschte Verlängerung der totalen Schaltzeit des Getriebes zur Folge,
wobei die Synchronisiervorrichtungen stark abgenutzt werden, da deren Reibflächen
in solchen Fällen viel länger gegeneinanderreiben, als für die Synchronisierung
einer einzelnen Kupplung notwendig wäre. Außerdem wird durch die gegenseitige Störung
der Synchronisierschaltkupplungen während des Schaltvorganges die Erreichung eines
geräuschlosen Schaltens erschwert.
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Erfindungsgemäß sollen diese Nachteile dadurch vermieden werden, daß
die Schaltbetätigungsvorrichtung zu Beginn aller Schaltvorgänge, bei welchen mehrere
Schaltkupplungen in andere Wirkungslage gebracht werden müssen, den Kraftfluß durch
das Getriebe an mindestens einer Stelle in
beiden Getriebeachsen
derart unterbricht, daß miteinander nicht mehr kraftschlüssig verbundene Zahnrädergruppen
von höchstens zwei Räderpaaren gebildet werden, wobei der Kraftschluß an den Unterbrechungsstellen
erst wiederhergestellt wird, nachdem die innerhalb der einzelnen Rädergruppen angeordneten
Schaltkupplungen die Umschaltbewegung in ihre neue Wirkungslage beendigt haben.
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Vorteilhaft ist dabei in einem Querschnitt des Getriebes ein Trennkupplungspaar
vorgesehen, dessen beide Kupplungen zwischen zwei benachbarten Zahnräderpaaren auf
je einer der Getriebewellen derart angeordnet sind, daß durch das Ausrücken dieser
Trennkupplungen der Kraftfluß in beiden Wellen unterbrochen wird. Die paarweise
angeordneten Trennkupplungen können dabei ebenfalls als sperrsynchronisierte Schaltkupplungen
ausgebildet sein, wobei eine Sperrvorrichtung, die das gleichzeitige Ausschalten
dieser Kupplung zuläßt, jeweils nur das Einrücken einer der beiden Kupplungen eines
Paares gestattet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch ein Getriebe mit
vier Zahnräderpaaren und Fig. 2 schematisch den linken Teil der mit einem Druckmittel
arbeitenden Schaltbetätigungsvorrichtung für dieses Getriebe, Fig. 2 a den anschließenden
rechten Teil der Vorrichtung, wobei die Linien A-A die Trennlinien sind; Fig. 3
veranschaulicht einen Teil der Einrichtung von Fig. 2 und 2a in anderer Wirkungslage.
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Die ständig im Eingriff befindlichen Zahnräderpaare 1-2, 3-4, 5-6
und 7-8 sind im Getriebegehäuse 9 auf \%'älzlager gelagert. Die Zahnräder i und
3 bzw. 5 und 7 tragen in ihrem Innern die Wälzlager io, 11 und 12, 13, welche die
Lagerstellen für die treibende Welle 14 und die getriebene Welle 15 bilden. Zwischen
ihren Lagerstellen tragen die beiden Wellen 14 und 15 die Keilpartien 16 und 17,
auf welchen die zweiseitig wirkenden Sperrsynchronisierkupplungen 18 und i9 unverdrehbar,
aber axial verschiebbar angeordnet sind. Die Synchronisicrschaltkupplungen 18 und
i9 weisen je zwei "Zahnkränze und zwei Synchronisierkegelflächen auf, welche mit
entsprechenden Innenverzahnungen und Reibkegelflächen an den Zahnrädern 1, 3 bzw.
5, 7 zusammenwirken können. Diese Schaltkupplungen sind in an sich bekannter Weise
mit einer hier nicht näher dargestellten Sperrvorrichtung versehen, welche das Ineingriffbringen
der Zahnkrä nze erst gestattet, nachdem durch die zugehörigen Reibkegelflächen Gleichlauf
der beiden 'feile erreicht wird. Die axiale Verschiebung der Schaltkupplungen wird
durch die auf den Wellen 20 und 21 festgeklemmten Hebel 22 und 23 bewerkstelligt,
welche zu diesem Zweck in die Ringnuten 24 und 25 der beiden Kupplungen 18 und i9
eingreifen. Die Zahnräder 2, 4 und 6, 8 sind je miteinander durch die rohrföriiiigen
Wellenstücke 26 und 27 fest verbunden, während die Zahnräder 5 und 6 in die Bohrungen
der Zalini"äder 3 und 4 hineinragende Keilwellenstuinniel 28 und 29 tragen. Auf
diesen Keilwellenstuinnieln sind die Trennkupplungen 3o und 31 angeordnet. Diese
nur einseitig wirkenden Trennkupplungen sind prinzipiell gleich aufgebaut wie die
doppelt wirkenden Kupplungen 18 und i9 und tragen auch "Zahnkränze und Kegelflächen,
welche mit entsprechenden Verzahnungen und Reibflächen an dein Z<tliiii-ädel-n
3 und 4 zusammemvirken können. Die "Frennkupplutigen 30 und 31 werden über die in
die IZiligliuten 32 und 33 eingreifenden Hebel 34 tuld 3; betätigt, welche auf den
Wellen 36 und 37 befestigt sind.
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Die Kupplungsbetätigungswelletl 20, 2i, 36 und 37 führen aus dem Getriebegehiiuse
9 hinaus und tragen dort die Hebel 38, 39, 40 und 41, welche über die Stangen 42,
43, 44 und 45 mit den Kolben 46, 47, 48 und 49 in Verbindung stellen (Fig. 2, 2a
). Durch Verschiebung der in den Zylindergehäusen 5o und 51 gelagerten Kolben 46
und 47 in ihre obere bzw. untere Endlage werden die beidseitig wirkenden Schaltkupplungen
18 und i9 mit den Zahnrädern 3 und 7 17.\v: 1 und 5 in Verbindung gebracht. Die
Betätigungskolben 48 und 49 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 52 gelagert, in welchem
durch die TreiiiiNvand 53 zwei Zylinderräume gebildet werden. Die Verlängerung 54
der Kolbenstange 44 führt durch eine Bohrung der Trennwand 53 hindurch. Befindet
sich der Kolben 48, wie in Fig. 2 a dargestellt, in seiner unteren Endlage, so ist
die Kupplung 30 eingerückt und erzeugt eine feste Verbindung zwischen den
Zahnrädern 3 und 5. Durch Verschiebung in seine obere Endlage rückt der Kolben 48
die Trennkupplung 3o aus. Entsprechend hält der Kolben 49 bei der gezeichneten unteren
Endlage die Trennkupplung 31 außer Eingriff, während er sie beim obergang in die
obere Endlage mit dem Zahnrad 4 in Verbindung bringt und dadurch dieses Zahnrad
finit dein Rad 6 fest verkuppelt. Die Verlängerung 54 der Kolbenstange 44 verhindert
dabei, daß der Kolben 49 in die obere Endlage gehen kann, weint sich der Kolben
48 in seiner unteren Endlage befindet. Auf diese Weise wird eine mechanische Sperrung
geschaffen, welche ein gleichzeitiges Einrücken beider Treiinkupphungen 3o und 31
ausschließt, wobei aber (las gleichzeitige Ausschalten dieser beiden Kupplungen
mi)*glich ist.
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Zur Betätigung der Kolben wird ein Druckmittel, beispielsweise Druckluft.
verwendet, welche im Behälter 55 aufgespeichert ist. Der Behälter steht über die
Leitung 56 mit dem 1>relischiebergehäuse 57 in Verbindung, an welches auch der Leitungsabschnitt
58 angeschlossen ist. Der finit (lein Betätigungshebel 59 versehene Drehschieber
6o trägt die Bohrung 61, durch welche die Leitung 56 mit dem Leitungsabschnitt 58
verbunden werden kann. Der Leitungsabschnitt 58 teilt sich in die beiden Zweigleitungen
62 und 63. Der Zweig 62 führt zum Gangwählergehäuse 64, während die "Zweigleitung
63 mit zwei weiteren Verzweigungen an den Bohrungen 65 und 66 des Stelle--entilgehäuses
67
mundet. Im Vorwä hlergehäuse 64 ist der mittels des Hebels 68
vierdrehbare Schieber 69 gelagert, durch welchen die Leitungen 70 bis 73 wahlweise
mit dem Druckleitungszweig 62 oder mit der Außenluft und die Leitungen 74 und 75
mit der Außenluft oder mit der in die Bohrungen 76 und 77 des Steuerventilgehäuses
mündenden Leitung 78 verbunden werden können.
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Die Leitungen 70 und 73 führen zu den Räumen oberhalb und die
Leitungen 71 und 72 zu den Räumen unterhalb der Schaltkolben 46 und 47. Die Leitung
74 steht mit dem Raum über dem Kolben 48 und die Leitung 75 mit dem Zylinderraum
unter dem Kolben 49 in Verbindung, während die beiden an die Trennwand 53 angrenzenden
Zylinderräume durch die Bohrungen 79 und die Leitung 8o an die Bohrungen 81 und
82 des Steuerventilgehäuses 67 angeschlossen sind. Dieses Gehäuse 67 weist noch
die ins Freie führenden Bohrungen 83 und 84 auf. In seinem Innern ist der mit den
beiden Ringnuten 85 und 86 versehene Kolben 87 gelagert.
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Die Feder 88 ist bestrebt, diesen Kolben in seiner linken Endlage
festzuhalten. Vom Raum an der linken Stirnseite des. Steuerkolbens 87 führt die
Leitung i io zu den Bohrungen 89 und 9o im Sperrventilgehäuse 9i, welches diesen
Bohrungen gegenüber noch die ins Freie führende Bohrung 92 und die mit der Leitung
93 verbundene Bohrung 94 aufweist. Im Innern des Sperrventilgehäuses 9i ist der
mit Gier Ringnut 95 versehene Kolben 96 längs verschiebbar angeordnet, wobei die
Feder 97 ihn in seiner unteren Endlage festzuhalten sucht. ImRaum unterhalb des
Sperrventilkolbens 96 mündet die Leitung98, welche mit der Überströmöffnung ioo
an der Laufbahn des Zylinders 51 verbunden ist. Entsprechend fuhrt die an der Bohrung
94 des Sperrventilgehäuses angeschlossene Leitung 93 zur Überströmöffnung 99 des
Zylinders 5o. Die Überströmöffnungen 99 und ioo werden von den Kolben 46 und 47
nur in deren Endlagen freigegeben.
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Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Einrichtung sei angenommen,
daß ein Wechsel der Geschwindigkeitsstufen vorgenommen werden soll, zu dessen Durchführung
sämtliche Synclironisierkupplungen ihre Wirkungslage ändern müssen. Gegenüber der
in Fig. i dargestellten Lage dieser Kupplungen soll die Schaltkupplung 18 statt
mit (lern Rad i mit dem Zahnrad 3 in Eingriff kommen, die Trendkupplung
30 soll aus- und die Trendkupplung 31 eingerückt werden, während die Kupplung
i9 die getriebene Welle 15 statt mit dem Rad 7 mit (lern Rad 5 zu verbinden hat.
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Zur Vorbereitung dieses Schaltvorganges bringt der Fahrer den Vorwählschieber
69 in die in Fig. 2 gezeichnete Lage, wodurch die Leitungen 70, 72 und 74 mit der
Außenluft, die Leitungen 71 und 73 über die Bohrungen ioi und 102 mit dem Leitungszweig
62 und die Leitung 75 durch die Bohrung 103
finit der Leitung 78 in Verbindung
gelangen. Zur Durchführung des Schaltvorganges verdreht der Fahrer hierauf mittels
des Hebels 59 den Drehschieber 6o, so daß Druckluft aus dem Behälter 55 durch die
Leitung 56 und die Bohrung 61 im Drehschieberkörper 6o in den Leitungsabschnitt
58 gelangt und die beiden Zweigleitungen 62 und 63 unter Druck setzt. Von der Leitung
62 fließt die Druckluft durch die Bohrungen ioi und rot im Vor-, wählerschieber
69 und die Leitungen 71 und 73 einerseits in den Raum unterhalb des Kolbens 46 und
andererseits in den Zylinderraum über dem Kolben 47, wodurch diese Kolben sich in
die entgegengesetzte Endlage bewegen. Die im Zylinderraum auf der Gegenseite dieser
Kolben vorhandene Luft entweicht über die Leitungen 70 und 72, die Ausnehmungen
io4 und io5 des Vorwählerschiebers 69 und die Bohrungen io6 und io7 ins Freie. Hierbei
wird die Schaltkupplung 18 über die Kolbenstange 42, den Hebel 38, die Welle 2o
und den Hebel 22 nach rechts verschoben, so daß ihr Zahnkranz am Rad i außer Eingriff
kommt, während die Synchronisiereinrichtung auf das Zahnrad 3 zu wirken beginnt.
Entsprechend wird die Schaltkupplung i9 durch den Kolben 47 über die Stange 43,
den Hebel 39, die Welle 21 und den Hebel 23 nach links verschoben, so daß sie außer
Eingriff mit dem Rad 7 gelangt und mit ihrer Reibfläche Gleichlauf zwischen dem
Zahnrad 5 und der getriebenen Welle 15 herzustellen beginnt.
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Gleichzeitig gelangt Preßluft durch die Leitung 63 zu den beiden Bohrungen
65 und 66 des Steuerventilgehäuses 67. Der Steuerkolben 87 befindet sich dabei in
der in Fig.2 gezeichneten Lage, so daß die Bohrung 66 verschlossen ist, während
die Druckluft von der Bohrung 65 über den Ringraum 85, die Bohrung 81 in die Leitung
8o und von dort durch die Bohrungen 79 in die Zylinderräume beiderseits der Trennwand
53 des Gehäuses 52 gelangt. Der Kolben 49 verbleibt in seiner unteren Endlage, während
der Kolben 48 durch die Preßluft in seine obere Endlage verschoben wird. Bei dieser
Bewegung verdreht er über die Stange 44 und den Hebel 4o die Welle 36 im Gegenuhrzeigersinn,
so daß der Hebel 34 die Schaltkupplung 3o ausrückt (Fig. i). Die Luft im Raum über
dem Kolben 48 entweicht dabei durch die Leitung 74, die Aussparung io8 im Vorwählerschieber
69 und die Bohrung iog ins Freie. Durch das Ausrücken der Trennkupplung 30 und das
Ausgerückthalten der Kupplung 31 wird der Kraftfluß in der Haupt- und Nebenwelle
des Getriebes unterbrochen, so daß die beiden aus je zwei Zahnräderpaaren 1-2, 3-4,
5-6, 7-8 bestehenden Zahnrädergruppen nicht mehr kraftschlüssig miteinander verbunden
sind. Die Synchronisierschaltkupplungen 18 und i9 können daher den Synchronisierprozeß
zwischen diesen Rädergruppen einerseits und der antreibenden bzw. der getriebenen
Welle andererseits ohne Störung rasch durchführen und nach Erreichung des Gleichlaufes
die Zahnkupplungen in Eingriff bringen. Da die beiden Schaltvorgänge in beiden Zahnrädergruppen
mit größter Wahrscheinlichkeit nicht zur genau gleichen Zeit beendigt sind, sei
angenommen, daß die Schaltung zuerst in der an die treibende Welle 14 anschließenden
Gruppe beendigt sei. Nach vollständiger Durchführung des Schaltvorganges der Kupplung
18 erreicht ihr Betätigungskblben 46 dann im Zylinder
5o seine
obere Endlage und gibt damit die Überströmöffnung 99 frei, durch welche Preßluft
über die Leitung 93 zur Bohrung 94 des Sperrventilgehäuses 9i gelangt. Die Bohrung
94 ist aber vorläufig durch den Kolben 96 abgeschlossen.
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Erreicht nun auch nach Ablauf des Synchronisier-und Schaltvorganges
der Kupplung i9 der entsprechende Betätigungskolben 47 seine untere Endlage, so
wird auch beim Zylinder 51 die überströmöffnung ioo aufgesteuert, wobei Preßluft
durch die Leitung 98 unter den Sperrventilkolben 96 gelangt und ihn entgegen der
Kraft der Feder 97 anhebt. Hierbei wird durch die Kolbenringnut 95 eine Verbindung
zwischen den Bohrungen #89 und 94 geschaffen und die bestehende Verbindung zwischen
den Bohrungen 9o und 92 unterbrochen (Fig. 3). Aus der Überströmleitung 93 kann
somit Preßluft in die Leitung i io und von dort in den Raum vor der linken Stirnseite
des Steuerventilkolbens 87 fließen. Der Steuerventilkolben 87 wird unter Überwindung
der Kraft der Feder 88 in seine rechte Endlage verschoben. Die Bohrungen 65 und
81 werden dadurch verschlossen, und der an der Bohrung 82 mündende Zweig der Leitung
8o steht über die Ringnut 85 und die Bohrung 83 mit der Außenluft in Verbindung,
so daß die Zylinderräume unter dem Schaltkolben 48 und über dem Schaltkolben 49
drucklos werden. Gleichzeitig wird aber die Verbindung der Bohrungen 76 und 84 unterbrochen
und dafür durch die Kolbennut 86 eine Verbindung zwischen den Bohrungen 66 und 77
hergestellt. Somit gelangt Preßluft aus der Zweigleitung 63 über diese Verbindung
zur Leitung 78 und von dort zur Bohrung 103 des Vorwählschiebers 69, wobei sie durch
die Leitung 75 in den Raum unterhalb des Schaltkolbens 49 fließt und diesen Kolben
nach oben treibt. Der Kolben 49 verdreht über die Stange 45 und den Hebel 41 die
Welle 37 im Gegenuhrzeigersinn, wodurch die Trennkupplung 31 mittels des Hebels
35 nach links verschoben wird. Die Synchronisiervorrichtung dieser Kupplung stellt
nun zuerst Gleichlauf zwischen den beiden Rädern 4 und 6 her, worauf dann die Kupplungszahnkränze
in Eingriff gelangen und mit der Beendigung des ganzen Schaltvorganges den durchgehenden
Kraftfluß iin Getriebe wiederherstellen. Der Synchronisiervorgang bei dieser letzten
Schaltung geht dabei rasch vonstatten, da lediglich die Massen der Räderpaare 1-2
und 3-4 so zu beschleunigen oder zu verzögern sind, daß das Rad 4 die Drehzahl des
Rades 6 der zweiten Rädergruppe erreicht, wobei keine anderen Vorgänge eine störende
Wirkung ausüben.
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Obwohl auf diese Weise der ganze Schaltvorgang in zwei nacheinander
ablaufende Phasen zerlegt wird, dauert der totale Schaltprozeß weniger lang, als
wenn alle Synchronisierkupplungen gleichzeitig eingeschaltet würden, da die einzelnen
Schaltvorgänge in den verschiedenen Phasen aus den erwähnten Gründen äußerst rasch
ablaufen.
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Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch bei Getrieben mit
mehr als vier Zahnräderpaaren anwenden, doch müssen dann mehrere Trennkupplungspaare
vorgesehen werden, so daß auch dort während der ersten Schaltphase Gruppen von llöclistens
zwei Zahnräderpaaren entstehen, welche nicht mehr kraftschlüssig miteinander verbunden
sind. Bei Getrieben mit sehr vielen Zahnradpaaren kann vorteilhaft auch das Aneinanderschalten
der verschiedenen Rädergruppen in der zweiten Phase des Schaltvorganges zeitlich
nacheinander vorgenommen werden.